Jumlah total energi dalam suatu sistem dan lingkungan sekitarnya tetap/konstan, karena perubahan energi berlangsung secara konstan pula.

Aktivitas seluler, seperti tumbuh (grow and reproduce), gerak (move or change shape) dan transport ion secara aktif melalui membran plasma memerlukan energi

Hukum termodinamika I

Jumlah energi di dunia ini konstan, artinya bahwa energi tidak dapat diciptakan atau pun dimusnahkan. Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk energi yang lain.

Jumlah total energi dalam suatu sistem dan lingkungan sekitarnya tetap/konstan, karena perubahan energi berlangsung secara konstan

pula. _{ATP powers most}

cellular works Fermentation is a partial

degradation of sugar that occurs without the help of oxygen

Waste product of respirations CO₂ and H₂O are the very substances that chloroplasts use as raw materials for photosynthesis, thus the chemical elements essentials to life are recycled but energy is not. It flows into an ecosystem as sunlight and leaves as heat

In cpt (CO₂ + H₂O)

Cellular resp. in mitochondria

Perubahan/transformasi energi di dalam tubuh

mahluk hidup

Berbagai reaksi kimia berlangsung di dalam sel dan jaringan tubuh organisma hidup agar dapat tetap hidup

1. Perakitan molekul sederhana menjadi molekul yang lebih kompleks

(i) untuk membentuk struktur serta menjalankan fungsi sel

(ii) disekresikan dari sel-sel khusus untuk digunakan oleh bagian lain dari tubuh mahluk hidup.

2. Energi potensial (ikatan kimia : karbohidrat dan lipida)  energi kimia (ATP)  energi kinetik (mis. untuk menggerakkan otot)

Metabolisme : untuk homeostasis

Anabolisme

i. proses asimilasi/ penyusunan/ pembentukan molekul yang lebih kompleks dari molekul yang sederhana ii. Proses anabolisme seringkali memerlukan energi 

reaksi endergonik.

Contoh-contoh:

Homeostasis: the steady-state physiological condition of the body

sintesis protein dari asam amino, karbohidrat dari gula dan

Katabolisme

i. proses pemecahan atau penguraian molekul yang

kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana

ii. respirasi sel merupakan proses katabolisme, pada

proses ini akan dihasilkan energi yang disimpan

dalam suatu ikatan kimia (reaksi eksergonik).

Stadium I, protein, karbohidrat dan polisakarida dipecah menjadi molekul pembangun

Molekul Pembangun Stadium II, seluruh molekul pembangun terdegradasi menjadi hasil yang umum, yaitu kelompok asetil dari asetil Ko-A

Hasil umum dari proses degradasi/ penguraian Stadium III, katabolisme bergabung melalui siklus asam sitrat (TCA) menghasilkan H2O, CO2 dan amonia

Hasil akhir  molekul sederhana

Anabolisme dan katabolisme selalu berkaitan,

energi yang dihasilkan dari reaksi katabolisme akan digunakan kembali pada saat terjadi penyusunan molekul baru.

Energi yang digunakan dalam metabolisme adalah energi kimia, terutama ATP.

Jalur Metabolisme

Berbagai reaksi metabolisme terjadi melalui suatu jalur yang berupa seri reaksi kimia

Manfaat jalur metabolisme digunakan untuk membangun molekul kompleks atau aktivitas metabolik yang kompleks, menguraikan molekul kompleks tersebut.

Jalur metabolisme dapat berlangsung secara linier, bercabang atau membentuk suatu siklus.

Enzim

Reaksi kimia yang spontan dapat terjadi dengan sangat lambat i.e. hidrolisis sukrosa („table sugar‟) menjadi glukosa dan fruktosa Dalam air steril reaksi akan terjadi selama bertahun-tahun pada temperatur kamar.

Tapi jika kita tambahkan sedikit saja sukrase, sukrosa akan terhidrolisa dalam hitungan detik

Bagaimana enzim dapat melakukan hal itu?

Katalis : „a chemical agent‟ that changes the rate of a reaction without being consumed by the reaction

Di dalam tubuh mahluk hidup, metabolisme dibantu oleh adanya biokatalis, yang dinamakan enzim

Mempercepat terjadinya suatu reaksi dengan menurunkan energi aktivasi Masing-masing enzim memiliki struktur yang unik berkaitan dengan fungsinya Struktur enzim yang spesifik ini sesuai dengan struktur molekul

Pada suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim

 Substrat akan berikatan dengan sisi aktif dari enzim („active site)

membentuk kompleks sementara yang dinamakan kompleks enzim– substrat

 Saat dihasilkan produk, enzim kemudian akan dibebaskan kembali tanpa

mengubah struktur awalnya

 Oleh sebab itu, enzim dapat digunakan berulang kali untuk mengkatalis

Pengaruh faktor lingkungan (fisika dan kimia) sel pada

aktivitas enzim

 Suhu dan pH

 ko-faktor („non protein helpers‟)

(i) Inorganik: misalnya ion logam seng (Zn), tembaga (Cu) dan besi (Fe)

(ii) Organik molekul : disebut juga ko-enzim

Kebanyakan vitamin yang kita kenal berfungsi sebagai koenzim atau bahan dasar koenzim

Cofactor may be bound tightly to the active site as permanent residents or they may bind loosely and reversibly along with the substrate

Cofactor functions in various ways but in all cases they are necessary for catalysis to take place

 Enzyme inhibitors

i. Competitive inhibitors

reduce the productivity of enzymes by blocking substrates

from entering active sites ii. Noncompetitive inhibitors

do not directly compete with the substrate at the active site

They binding to another part of enzyme molecule  change its shape

and so

- the active site unreceptive to substrate or

- leaving the enzyme less effective at catalyzing the conversion

Autotrofi

Tumbuhan hijau, alga, dan beberapa bakteri dikategorikan sebagai organisme yang autotrof

Menggunakan energi matahari untuk merakit prekursor anorganik, terutama CO₂ dan H₂O, untuk membentuk makromolekul organik (proses fotosintesis)

Heterotrofi

Organisme heterotrof mendapatkan energi dari penguraian molekul yang ada di sekitarnya (dalam bentuk makanan), yang berasal dari organisme autotrof.

Penguraian molekul organik terjadi pada proses katabolisme (respirasi) untuk membentuk ATP

ATP dibutuhkan untuk sintesis makromolekul yang dibuatnya dalam proses anabolisme

•

Nearly all the cells in our body break down sugars

for ATP production

•

Most cells of most organisms harvest energy

aerobically, like slow muscle fibers

–

The aerobic harvesting of energy from sugar is

called cellular respiration

–

Cellular respiration yields CO

₂

, H

₂

O, and a large

amount of ATP

INTRODUCTION TO CELLULAR

RESPIRATION

Respiration

•

Respiration banks energy in ATP molecules

•

Cellular respiration breaks down glucose molecules and

banks their energy in ATP

The process uses O

₂

and releases CO

₂

and H

₂

O

•

ATP powers almost all cell and activities

Glucose Oxygen gas Carbon dioxide

Cells tap energy from electrons transferred

from organic fuels to oxygen

• Glucose gives up energy as it is oxidized

BASIC MECHANISMS OF ENERGY RELEASE

AND STORAGE

Loss of hydrogen atoms

Glucose

Gain of hydrogen atoms

Hydrogen carriers such as NAD

+

shuttle

electrons in redox reactions

•

Enzymes remove electrons from glucose

molecules and transfer them to a coenzyme

OXIDATION Dehydrogenase

and NAD+

Redox reactions release energy when electrons

“fall” from a hydrogen carrier to oxygen

•

NADH delivers electrons to a series of electron carriers

in an electron transport chain

–

As electrons move from carrier to carrier, their

energy is released in small quantities

Electron flow

• In an explosion, 0

₂

is reduced in one step

Figure 6.6B

Energy released as heat and light

Two mechanisms generate ATP

1. Cells use the energy

released by “falling”

electrons to pump H

+

ions across a

membrane

–

The energy of the

gradient is

harnessed to make

ATP by the process

of chemiosmosis

High H+ concentration ATP synthase uses gradient energy to make ATP Membrane Energy from Low H+ concentration ATP synthase Electron transport chain

2. ATP can also be made

by transferring

phosphate groups from

organic molecules to

ADP

Figure 6.7B 

This process

is called

substrate-level

phosphorylation

Organic molecule (substrate)

New organic molecule (product)

Enzyme

Adenosine

Krebs cycle

= citric acid cycle coz citric acid is important

intermediate = tricarboxylic acid (TCA) cycle coz citric acid

and isocitric acid have 3 carboxyl

Overview:

Respiration occurs in three main stages

Cellular respiration oxidizes sugar and produces ATP in

three main stages

–

Glycolysis occurs in the cytoplasm

–

The Krebs cycle and

–

the electron transport chain occur in the

mitochondria

STAGES OF CELLULAR RESPIRATION

AND FERMENTATION

An overview of cellular respiration

Figure 6.8 High-energy electrons carried by NADH GLYCOLYSIS Glucose Pyruvic acid KREBS CYCLE ELECTRON TRANSPORT CHAIN AND CHEMIOSMOSIS Mitochondrion Cytoplasmic fluid

Glycolysis harvests chemical energy by

oxidizing glucose to pyruvic acid

Glucose _Pyruvic

Details of

glycolysis

Steps – A fuel molecule is energized, using ATP. 1 3 1

Glucose PREPARATORY_PHASE

(energy investment) Step 2 3 4 Glucose-6-phosphate Fructose-6-phosphate Glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) Step A six-carbon intermediate splits into two three-carbon intermediates. 4 Step A redox reaction generates NADH. 5 5 _{ENERGY PAYOFF} PHASE 1,3-Diphosphoglyceric acid (2 molecules) 6 Steps – ATP and pyruvic acid are produced. 6 9 _{3-Phosphoglyceric acid} (2 molecules) 7 2-Phosphoglyceric acid (2 molecules) 8 2-Phosphoglyceric acid (2 molecules) 9 (2 molecules

per glucose molecule) Pyruvic acid

6.10 Pyruvic acid is chemically

groomed for the Krebs cycle

• Each pyruvic acid molecule is broken down to

form CO

₂

and a two-carbon acetyl group, which

enters the Krebs cycle

Figure 6.10 Pyruvic acid CO₂ Acetyl CoA (acetyl coenzyme A)

6.11 The Krebs cycle completes the

oxidation of organic fuel,

generating many NADH and

FADH

₂

molecules

• The Krebs cycle

is a series of

reactions in

which enzymes

strip away

electrons and

H

+

_{from each}

acetyl group

Figure 6.11A Acetyl CoA KREBS CYCLE 2 CO₂

Figure 6.11B

Oxaloacetic acid

Step

Acetyl CoA stokes the furnace

1

2 carbons enter cycle

Citric acid

Steps and

NADH, ATP, and CO2are generated

during redox reactions.

2 3 CO₂leaves cycle Alpha-ketoglutaric acid CO₂leaves cycle Succinic acid KREBS CYCLE Steps and

Redox reactions generate FADH2

and NADH. 4 5 Malic acid 1 2 3 4 5

6.12 Chemiosmosis powers most

ATP production

• The electrons from NADH and FADH

₂

travel

down the electron transport chain to oxygen

• Energy released by the electrons is used to

pump H

+

into the space between the

mitochondrial membranes

• In chemiosmosis, the H

+

_{ions diffuse back}

through the inner membrane through ATP

synthase complexes, which capture the energy

to make ATP

• Chemiosmosis in the mitochondrion

Figure 6.12 Intermembrane space Inner mitochondrial membrane Mitochondrial matrix Protein complex Electron carrier Electron flow

6.13 Connection: Certain poisons

interrupt critical events in

cellular respiration

Figure 6.13

Rotenone Cyanide,

carbon monoxide

Oligomycin

6.14 Review: Each molecule of

glucose yields many molecules of

ATP

• For each glucose molecule that enters cellular

respiration, chemiosmosis produces up to 38

ATP molecules

KREBS CYCLE Electron shuttle across membranes Cytoplasmic fluid GLYCOLYSIS Glucose _Pyruvic2 acid 2 Acetyl CoA KREBS CYCLE ELECTRON TRANSPORT CHAIN AND CHEMIOSMOSIS Mitochondrion by substrate-level phosphorylation

used for shuttling electrons from NADH made in glycolysis

by substrate-level phosphorylation

by chemiosmotic phosphorylation

Maximum per glucose:

6.15 Fermentation is an anaerobic

alternative to aerobic respiration

• Under anaerobic conditions, many kinds of cells

can use glycolysis alone to produce small

amounts of ATP

• In alcoholic fermentation, pyruvic acid is

converted to CO

₂

and ethanol

Figure 6.15A



This recycles NAD

+

to keep glycolysis working

GLYCOLYSIS 2 Pyruvic acid released 2 Ethanol Glucose Figure 6.15C

• In lactic acid fermentation, pyruvic acid is

converted to lactic acid



As in alcoholic fermentation, NAD

+

is recycled

Lactic acid fermentation is used to make

cheese and yogurt

GLYCOLYSIS

2 Pyruvic

acid 2 Lactic acid

Glucose Figure 6.15B

Cells use many kinds of organic molecules as fuel

for cellular respiration

•

Polysaccharides can be hydrolyzed to

monosaccharides and then converted to

glucose for glycolysis

•

Proteins can be digested to amino acids,

which are chemically altered and then used in

the Krebs cycle

•

Fats are broken up and fed into glycolysis and

the Krebs cycle

INTERCONNECTIONS BETWEEN

MOLECULAR BREAKDOWN AND

Pathways of molecular breakdown

Food, such as peanuts

Polysaccharides Fats Proteins

Sugars Glycerol Fatty acids Amino acids

Amino groups Glucose G3P Pyruvic acid GLYCOLYSIS Acetyl CoA KREBS CYCLE ELECTRON TRANSPORT CHAIN AND CHEMIOSMOSIS

Food molecules provide raw materials for

biosynthesis

•

In addition to energy, cells need raw materials for

growth and repair

–

Some are obtained directly from food

–

Others are made from intermediates in glycolysis

and the Krebs cycle

• Biosynthesis of macromolecules from

intermediates in cellular respiration

ATP needed to drive biosynthesis Polyscaccharides Fats Proteins KREBS CYCLE Acetyl CoA Pyruvic acid G3P Glucose GLUCOSE SYNTHESIS Amino groups

Amino acids Fatty acids Glycerol Sugars

The fuel for respiration ultimately comes

from photosynthesis

•

All organisms have the ability

to harvest energy from

organic molecules

–

Plants, but not animals,

can also make these

molecules from inorganic

sources by the process of

photosynthesis

Mitokondria

 organel yang termasuk ke

dalam sistem membran

 tersebar pada sitosol

organisme eukariot. Fungsi utama :

pengubahan energi potensial

(dalam bentuk makanan) menjadi ATP

Struktur Mitokondria

1. Membran luar

• mengelilingi struktur mitokondria secara keseluruhan

• memiliki protein integral pada membran, yang membentuk saluran untuk memfasilitasi berbagai macam molekul keluar masuk

mitokondria

2. Membran dalam

• mengelilingi matriks yang berisi cairan

• membentuk suatu lekukan ke dalam matriks

 krista

• Mengandung 5 kelompok protein integral membran

5 kelompok protein integral membran :

1. NADH dehidrogenase, 2. suksinat dehidrogenase,

3. sitokrom c reduktase (juga dikenal sebagai kompleks sitokrom b-c₁),

4. sitokrom c oksidase, 5. ATP sintase

Glikolisis

 Glikolisis merupakan proses katabolisme glukosa secara anaerob

 terjadi pada setiap jenis sel  Berlangsung di dalam sitosol  Persamaan reaksi :

C₆H₁₂O₆ + 2NAD+ _{ 2C}

3H4O3 + 2 NADH + 2H+

Pada glikolisis terdapat 9 reaksi, masing-masing dibantu oleh enzim yang spesifik

 Pada tahap 1 dan 3 ATP diubah menjadi ADP dan terjadi

proses fosforilasi

 Pada tahap 5 NAD diubah menjadi NADH + H+

 Pada tahap 6 dan 9 ADP diubah menjadi meolekul berenergi

tinggi TP

 Pada tahap 4, gula 6 – C dipecah menjadi 2 senyawa 3 – C,

yaitu :

1. Fosfogliseraldehid (PGAL) 2. Dihidroksiaseton

 dapat diubah menjadi PGAL dengan bantuan enzim

isomerase

Akhir dari proses glikolisis

2 molekul asam piruvat (3 – C),

Pada kondisi anaerob (tanpa kehadiran oksigen), asam piruvat dapat masuk ke jalur :

 Fermentasi alkohol

 Fermentasi asam laktat

Fermentasi alkohol : pada ragi

 Asam piruvat didekarboksilasi

dan direduksi oleh NADH membentuk CO₂ dan ethanol

 Persamaan reaksi

C₃H₄O₃ + NADH + H+ _{ CO}

2 +

C₂H₅OH + NAD+

 Proses dinamakan fermentasi

Pada otot yang sedang berkontraksi

 Asam piruvat direduksi oleh NADH membentuk molekul asam

laktat

 Persamaan reaksi

C₃H₄O₃ + NADH + H+ _{ C}

3H6O3 + NAD+